系统动力学的历史与未来.ppt

1 系统动力学 主讲教师：李小林 Email: u参考书目 2 1.王其藩. 系统动 力学. 上海财经 大学出版社, 2009. 2.贾仁安. 系统动 力学-反馈动态 性复杂分析, 高等教育出版社， 2002 3.约翰.D.斯特曼(John D. Sterman)著，朱岩等译 . 商务动态 分析方法 ：对复杂世界的系统思考与建模, 2008,北京：清华大学出版社 4.Peter.M.Senge . The Fifth Discipline 5.钟永光, 贾晓 菁, 李旭. 系统动 力学. 科学出版社, 2009. 6.贾仁安，王翠霞，涂国平，邓群钊.规模养种生态能源工程反馈动 态复杂性分析M.科学出版社，2007 7.J.W.Forrester, Industrial Dynamics, Principles of Systems, Urban Dynamics, World Dynamics 8.增长的极限，德内拉.梅多斯，2006，机械工业出版社 u相关网站 3 (1)MIT系统动统动 力学小组组 / (2)中国学习习型组织组织 (3)系统动统动 力学学会 / (4)系统动统动 力学讨论论坛讨论论坛 /forum/ (5)Vensim网站 /docs/ 课程说明 o学时：24+8=32 o课程过程考核方式、考核次数： n出勤 n课堂/课后作业+上机作业 n小论文报告 n测验 o课程成绩构成： n出勤（10%） n作业(10%) n小论文 (10%) n测验（10%） n考试(60%) o课程结课考核方式：笔试（闭卷） 4 5 第1章 系统动力学的历史与未来 o 1.1什么是系统动力学 o 1.2国外系统动力学的历史 o 1.3国内系统动力学的发展 o 1.4系统动力学专用模拟语言与软件的发展 o 1.5系统动力学的未来 1.1什么是系统动力学 6 o System dynamics is a method for studying the world around us. Unlike other scientists, who study the world by breaking it up into smaller and smaller pieces, system dynamicists look at things as a whole. The central concept to system dynamics is understanding how all the objects in a system interact with one another. The objects and people in a system interact through “feedback“ loops, where a change in one variable affects other variables over time, which in turn affects the original variable, and so on. The Beginning of System Dynamics. by Prof. Jay W. Forrester, 1989 7 系统动力学(system dynamics, SD)是系统科 学理论与计算机仿真紧密结合、研究系统反馈结构与 行为的一门科学，是系统科学与管理科学的一个重要 分支。 p 系统动力学认为：系统的行为与特性主要取决于其 内部结构。 p 反馈：影响Y，反过来Y通过一系列的因果链来影 响X； p 非线性、高阶次、多重反馈的复杂时变系统往往表 现出反直观、千姿百态的动态性。 8 引例：城市住宅价格系统 9 1.2国外系统动力学的历史 10 o 产生背景： 第二次世界大战以后，随着工业化的进程，某些国家的社会 问题日趋严重，例如城市人口剧增、失业、环境污染、资源枯竭。 这些问题范围广泛，关系复杂，因素众多，具有如下三个特点： 各问题之间有密切的关联，而且往往存在矛盾的关系，例如经济增长 与环境保护等。 许多问题如投资效果、环境污染、信息传递等 有较长的延迟，因此处 理问题必须从动态而不是静态的角度出发。 许多问题中既存在如经济量那样的定量的东西，又存在如价值观念等 偏于定性的东西。这就给问题的处理带来很大的困难。 11 oo System Dynamics System Dynamics was created during the mid-1950s by Professor Jay W.Forrester of the Massachusetts Institute of Technology. System dynamics / simulation Jay W. Forrester (1918-) 12 1.1958年发表著名论文工业动 力学决策的一个重要突破口 ，首次介绍工业动 力学的概念与方法。 2.1961年出版工业动 力学(Industrial Dynamics)一书，该书 代表了 系统动 力学的早期成果。 3.1968年出版系统原理(Principles of Systems)一书，论述了系统 动力学的基本原理和方法。 4.1969年出版城市动力学(Urban Dynamics)，研究波士顿市的各 种问题 。 5.1971年进一步把研究对象扩大到世界范围，出版世界动力学 (World Dynamics)一书，提出了“世界模型II”。 nForrester等在系统动力学方面的主要成果 13 20世纪70年代，世界工业生产呈指数增长,而金融与经济 却处在周期性衰退,通货膨胀；人口迅速增长，城市人口发展 失控，就业困难；非再生自然资源消耗呈指数增长,资源日渐 枯竭,生态环境恶化。 罗马俱乐部探索产生这些问题的原因，寻求未来世界与 人类摆脱困境的出路。由于这些问题涉及社会、经济和技术 等因素，而且这些因素之间呈现错综复杂的关系，鉴于当时 一些常用的理论方法、工具难以解决，他们求助于SD. 世界模型背景 14 p 1972年他的学生梅多斯教授等出版了增长的极限(The Limits to Growth)一书，提出了更为细 致的“世界模型III”。这 个由罗马 俱乐部主持的世界模型的研究报告已被翻译成34种 语言，在世界上发行了600多万册。两个世界模型在国际上引 起强烈的反响。 p 1972年Forrester领导 MIT小组，在政府与企业的资助下花费10 年的时间 完成国家模型的研究，该模型揭示了美国与西方国 家的经济长 波的内在机制，成功解释了美国70年代以来的通 货膨胀、失业率和实际 利率同时增长的经济问题 。(经济长经济长 波通常是指经济发 展过程中存在的持续时间为 50年左右的周 期波动 ) nForrester等在系统动力学方面的主要成果 15 继世界模型之后，福雷斯特教授等又开始了历时10年以 上的美国“国家模型”(System Dynamics National Model)的研 究。该模型在宏观经济 学和微观经济 学之间架起桥梁， 成功地研究了通货膨胀和失业等等社会经济问题 ，并第一 次从理论上阐明了西方经济学家长期争论不休的经济长 波产生的机制。 美国国家模型 美国国家模型（耗资600万美元，方程数4000）代表了系 统动力学的最新成果，它标志着系统动力学在理论及应用 方面进入了一个更为成熟的阶段。 16 第一阶阶段： SD的诞诞生20世纪纪50-60年代 由于SD这种方法早期研究对象是以企业为中心的 工业系统，初名也就叫工业动业动 力学(工业动态业动态 学)。这 阶段主要是以福雷斯特教授在哈佛商业评论发 表的 工业动力学作为奠基之作，之后他又讲述了系统动 力学的方法论和原理，系统产生动态行为的基本原理 。 n系统动力学发展过程大致可分三个阶段 17 这一阶段为SD的进一步发展奠定了基础，迈开了由理论走 向实际应用的重要步伐。一些重要的专著，如Forrester教授 的城市动力学、世界动力学，Meadows教授等的 增长的极限等相继问世; 这一阶段SD的研究领域已远远超出工业系统的范围, 对于 反馈过程，SD并不拘泥于数学上复杂的反馈理论，而作出 了简明的实用解释，强调实用性; 这一阶段以世界模型和美国国家模型最为著名 第二阶阶段：发发展成熟 -20世纪纪70-80年代 18 SD在世界范围内得到广泛的传播，其应用范围更广泛; 目前SD正加强与控制理论、系统科学、突变理论、耗散结 构与分叉、结构稳定性分析、灵敏度分析、统计分析、参 数估计、最优化技术应用、类属结构研究、专家系统等方 面的联系；美、英、法、联邦德国、日本等国纷纷采用系 统动力学方法来研究各自的社会经济问题，涉及到经济、 能源、交通、环境、生态、生物、医学、工业、城市等广 泛的领域。 第三阶阶段：SD广泛应应用与传传播-20世纪纪90年代至今 19 20世纪70年代末系统动力学引入我国，其中杨通谊，王其 藩，许庆瑞，陶在朴，胡玉奎等专家学者是先驱和积极倡导者 。二十多年来，系统动力学研究和应用在我国取得飞跃发展。 我国成立中国系统动力学学会，国际系统动力学学会中国分会 ，主持了多次国际系统动力学大会和有关会议。 目前我国SD学者和研究人员在区域和城市规划、企业管 理、产业研究、科技管理、生态环保、海洋经济等应用研究领 域都取得了巨大的成绩。 1.3国内系统动力学的发展 20 1.4系统动力学专用模拟语言与软件的发展 o 20世纪50年代系统动力学发展初期，用于计算机模 拟的编译系统 n SIMPLE (simulation of industrial management problems with lots of equation) n DYNAMO (dynamics model) n STELLA，iThink，Vensim，Powersim等。 o 20世纪90年代后，图形化应用软件 n ST